CN108536283A - 基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手势识别装置，一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置，包括环状手环腕带及与其固定连接的手环本体，所述手环本体包括本体底座并与其连接构成腔室的本体顶盖，所述腔室的内部安放有硬件电路板并与其连接的电池；所述环状手环腕带包括腕带本体并与其构成腔室的腕带顶盖，腔室内部设置有强度支撑层，所述强度支承层与腕带顶盖之间设置有红外距离传感器组合阵列电路；本发明通过环状手环腕带中的红外距离传感器组合阵列电路采集手腕轮廓数据，将手腕轮廓数据与手势数据进行交叉比对，得到手势数据。有效地解决了当前可穿戴设备人机交互不平衡，可穿戴设备信息输入体验差的问题。

Description

基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置

技术领域

本发明涉及一种手势识别装置，更具体地说，涉及一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置。

背景技术

手部动作在日常生活中扮演重要角色，可靠的手势识别技术可以用于手部动作模拟、手势操控、手语翻译等领域，拥有广阔的应用前景。可穿戴设备是目前国内外研究的热点领域，以智能腕带、智能手表、智能眼镜为代表的可穿戴设备由于使用便捷、功能新奇等优点，迅速普及。

目前手势识别的研究主要集中在数据手套、图像、生物电技术三个方向。数据手套识别性能很好，但会阻碍手指感知、影响手指运动，且需要传感器数量多，价格高昂。图像方式通过固定或人体佩戴的设备采集手部图像，分析得到手势信息，该方法对于光照和手势姿态要求苛刻，难以适应可穿戴设备应用场景。生物电技术初始配置过程繁琐，且由于电信号相对微弱，收到温度、湿度、电磁场的影响较大。

目前可穿戴设备向支持新型人机交互技术方向发展，除基于传统传感器的应用，还支持新型显示技术、增强现实技术、图像识别技术等。但人机交互不平衡的问题制约了可穿戴设备的发展，受制于设备体积限制，传统的键盘、触摸屏等操控方式难以应用或体验不佳。

因此，为了将手势信息作为新的可穿戴设备信息输入源，从而改善可穿戴设备信息输入困难的问题，需要一种可搭载于可穿戴设备中的手势识别装置来满足需求。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置。该装置通过环状手环腕带中的红外距离传感器阵列采集手腕轮廓数据，将手腕轮廓数据与手势数据进行交叉比对，得到手势数据。有效地解决了当前可穿戴设备人机交互不平衡，可穿戴设备信息输入体验差的问题。

为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置，包括环状手环腕带及与其固定连接的手环本体，所述手环本体包括本体底座并与其连接构成腔室的本体顶盖，所述腔室的内部安放有硬件电路板并与其连接的电池；所述环状手环腕带包括腕带本体并与其构成腔室的腕带顶盖，由腕带本体与腕带顶盖构成的腔室内部设置有强度支撑层，强度支撑层长度和宽度小于腕带本体与腕带顶盖构成的腔室长度和宽度，并置于腔室的底部，紧贴腕带本体，所述强度支承层与腕带顶盖之间设置有红外距离传感器组合阵列电路；所述硬件电路板，包括微处理器及与其分别相连的无线数据传输模块、有线数据接口、电池管理模块和存储模块，所述微处理器作为数据和控制中心负责协调电池管理模块、存储模块、无线数据传输模块及有线数据接口的工作，同时还负责与所述红外距离传感器组合阵列电路进行通信，获取后者采集的手腕轮廓数据，并与存储模块内的数据进行比对，计算得到手势数据，再将得到的手势数据通过无线数据传输模块或有线数据接口发送给其他设备进行利用，其中电池管理模块为各个模块提供电能；所述红外距离传感器组合阵列电路，包括D触发器阵列电路及红外距离传感器阵列电路，所述D触发器阵列电路，包括依次相连的第1、2…N个D触发器，并沿着环状手环腕带伸展方向依次排列，所述红外距离传感器阵列电路，包括依次相连的第1、2…N个红外距离传感器，并与第1、2…N个D触发器上下对称并排沿着环状手环腕带伸展方向依次排列，所述第1、2…N个D触发器分别与第1、2…N个红外距离传感器相连。

所述腕带本体采用橡胶材质制成，其切面为凹字形，用于与腕带顶盖配合构成腔室。

所述腕带顶盖采用透明塑料材料制成，用于红外距离传感器阵列电路发射和接收红外光。

所述强度支承层采用硬质塑料材料制成，用于加强环状手环腕带的韧性。

本发明有益效果是：一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置，包括环状手环腕带及与其固定连接的手环本体，所述手环本体包括本体底座并与其连接构成腔室的本体顶盖，所述腔室的内部安放有硬件电路板并与其连接的电池；所述环状手环腕带包括腕带本体并与其构成腔室的腕带顶盖，由腕带本体与腕带顶盖构成的腔室内部设置有强度支撑层，强度支撑层长度和宽度小于腕带本体与腕带顶盖构成的腔室长度和宽度，并置于腔室的底部，紧贴腕带本体，所述强度支承层与腕带顶盖之间设置有红外距离传感器组合阵列电路；所述硬件电路板，包括微处理器及与其分别相连的无线数据传输模块、有线数据接口、电池管理模块和存储模块，所述微处理器作为数据和控制中心负责协调电池管理模块、存储模块、无线数据传输模块及有线数据接口的工作，同时还负责与所述红外距离传感器组合阵列电路进行通信，获取后者采集的手腕轮廓数据，并与存储模块内的数据进行比对，计算得到手势数据，再将得到的手势数据通过无线数据传输模块或有线数据接口发送给其他设备进行利用，其中电池管理模块为各个模块提供电能；所述红外距离传感器组合阵列电路，包括D触发器阵列电路及红外距离传感器阵列电路，所述D触发器阵列电路，包括依次相连的第1、2…N个D触发器，并沿着环状手环腕带伸展方向依次排列，所述红外距离传感器阵列电路，包括依次相连的第1、2…N个红外距离传感器，并与第1、2…N个D触发器上下对称并排沿着环状手环腕带伸展方向依次排列，所述第1、2…N个D触发器分别与第1、2…N个红外距离传感器相连。与己有技术相比，本发明具有以下优点，一是有效解决了当前可穿戴设备使用时，信息输入环节无论是依赖移动设备还是依赖小尺寸屏幕触摸均影响使用体验的问题。将手势作为信息输入的来源，符合人们日常交流中手势作为辅助地位的习惯，交互直接、方便。二是可用于聋哑人手语识别，配合移动设备中的应用，可以将手语翻译为语音或文字，有助于聋哑人同他人交流，融入社会。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图中：1、本体顶盖，2、硬件电路板，3、电池，4、本体底座，5、腕带顶盖，6、红外距离传感器组合阵列电路，6、D触发器，6b、红外距离传感器，7、强度支承层，8、腕带本体。

图2是本发明中的硬件电路板结构框图。

图3是本发明中的红外距离传感器组合阵列电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2、3所示，一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置，包括环状手环腕带及与其固定连接的手环本体，所述手环本体包括本体底座4并与其连接构成腔室的本体顶盖1，所述腔室的内部安放有硬件电路板2并与其连接的电池3；所述环状手环腕带包括腕带本体8并与其构成腔室的腕带顶盖5，由腕带本体8与腕带顶盖5构成的腔室内部设置有强度支撑层7，强度支撑层7的长度和宽度小于腕带本体8与腕带顶盖5构成的腔室长度和宽度，并置于腔室的底部，紧贴腕带本体8，所述强度支承层7与腕带顶盖5之间设置有红外距离传感器组合阵列电路6；所述硬件电路板2，包括微处理器及与其分别相连的无线数据传输模块、有线数据接口、电池管理模块和存储模块，所述微处理器作为数据和控制中心负责协调电池管理模块、存储模块、无线数据传输模块及有线数据接口的工作，同时还负责与所述红外距离传感器组合阵列电路进行通信，获取后者采集的手腕轮廓数据，并与存储模块内的数据进行比对，计算得到手势数据，再将得到的手势数据通过无线数据传输模块或有线数据接口发送给其他设备进行利用，其中电池管理模块为各个模块提供电能；所述红外距离传感器组合阵列电路，包括D触发器阵列电路及红外距离传感器阵列电路，所述D触发器阵列电路，包括依次相连的第1、2…N个D触发器6a，并沿着环状手环腕带伸展方向依次排列，所述红外距离传感器阵列电路，包括依次相连的第1、2…N个红外距离传感器6b，并与第1、2…N个D触发器6a上下对称并排沿着环状手环腕带伸展方向依次排列，所述第1、2…N个D触发器6a分别与第1、2…N个红外距离传感器6b相连。所述腕带本体8采用橡胶材质制成，其切面为凹字形，用于与腕带顶盖5配合构成腔室，所述腕带顶盖5采用透明塑料材料制成，用于红外距离传感器阵列电路发射和接收红外光，所述强度支承层7采用硬质塑料材料制成，用于加强环状手环腕带的韧性。

本装置具体工作过程分为手势录入与手势识别两个阶段，具体描述如下：手势录入阶段目的是将用户的手势信息与手腕轮廓信息进行匹配，并将这一匹配关系储存在存储器中，用于在手势识别阶段使用。当装置检测发现存储器中没有上述匹配关系时，会进入手势录入阶段，用户也可以通过搭载本装置的设备向本装置发出重新录入手势的要求，本装置将清除存储器中的匹配关系并存储新的匹配关系。手势录入阶段将要求用户录入“握拳”和“五指张开”两个系统手势和0-10个自定义手势，本装置将通过搭载本装置的设备向用户发送提示，用户根据提示做出手势并保持3秒，系统获取手腕轮廓信息并建立与手势的对应关系并存储，而后用户需要选择这一手势对应的操作，这一对应关系由搭载本装置的设备存储并提供支持。例如：本装置搭载于音乐播放器时，用户可在录入“握拳”手势后选择对应“音乐暂停”操作。本装置获取手腕轮廓信息的方式为通过适当时序安排，依次使得D触发器1、2…N锁存高电平，分别驱动红外距离传感器1、2…N工作，微处理器依次采集红外距离传感器采集的距离数据。这一距离反映腕带到用户手部皮肤的距离，用于强度支承层的作用，腕带具有一定韧性，N个红外距离传感器组成的红外距离传感器阵列电路即可获得用户手腕轮廓数据。手势识别步骤中用户首先需要通过与搭载本装置的设备进行交互以唤醒装置，而后装置会采集当前用户手腕轮廓并利用存储器内手势录入阶段记录的对应关系得到当前用户手势，并将手势信息通过无线数据传输模块或有线数据接口发送给其他设备进行利用。例如：如搭载本装置的音乐播放器允许通过“旋转手腕”唤醒本装置，且用户将“握拳”与“音乐暂停”相对应时，则当用户“旋转手腕”后作出“握拳”手势时，搭载本装置的音乐播放器进行“音乐暂停”操作。

Claims (4)

1.一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置，包括环状手环腕带及与其固定连接的手环本体，其特征在于：所述手环本体包括本体底座并与其连接构成腔室的本体顶盖，所述腔室的内部安放有硬件电路板并与其连接的电池；所述环状手环腕带包括腕带本体并与其构成腔室的腕带顶盖，由腕带本体与腕带顶盖构成的腔室内部设置有强度支撑层，强度支撑层长度和宽度小于腕带本体与腕带顶盖构成的腔室长度和宽度，并置于腔室的底部，紧贴腕带本体，所述强度支承层与腕带顶盖之间设置有红外距离传感器组合阵列电路；所述硬件电路板，包括微处理器及与其分别相连的无线数据传输模块、有线数据接口、电池管理模块和存储模块，所述微处理器作为数据和控制中心负责协调电池管理模块、存储模块、无线数据传输模块及有线数据接口的工作，同时还负责与所述红外距离传感器组合阵列电路进行通信，获取后者采集的手腕轮廓数据，并与存储模块内的数据进行比对，计算得到手势数据，再将得到的手势数据通过无线数据传输模块或有线数据接口发送给其他设备进行利用，其中电池管理模块为各个模块提供电能；所述红外距离传感器组合阵列电路，包括D触发器阵列电路及红外距离传感器阵列电路，所述D触发器阵列电路，包括依次相连的第1、2…N个D触发器，并沿着环状手环腕带伸展方向依次排列，所述红外距离传感器阵列电路，包括依次相连的第1、2…N个红外距离传感器，并与第1、2…N个D触发器上下对称并排沿着环状手环腕带伸展方向依次排列，所述第1、2…N个D触发器分别与第1、2…N个红外距离传感器相连。

2.根据权利要求1所述一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置，其特征在于：所述腕带本体采用橡胶材质制成，其切面为凹字形，用于与腕带顶盖配合构成腔室。

3.根据权利要求1所述一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置，其特征在于：所述腕带顶盖采用透明塑料材料制成，用于红外距离传感器阵列电路发射和接收红外光。

4.根据权利要求1所述一种基于红外距离传感器采集手腕轮廓数据的手势识别装置，其特征在于：所述强度支承层采用硬质塑料材料制成，用于加强环状手环腕带的韧性。